稀有气体和双原子分子（CO，NO）团簇的光电离实验和理论研究

论文摘要

本论文主要介绍了稀有气体和双原子分子（CO,NO）团簇的同步辐射真空紫外光电离实验和理论研究,还介绍了原子分子物理实验站稀有气体滤波器的安装和调试工作,以及乙苯的光电离实验和理论研究。第一章介绍了原子、分子和团簇的光谱学和动力学研究现状,比较详细地介绍了光电离和光离解研究中的基本概念,如绝热电离能、垂直电离能、光电离截面、超激发态、里德堡态,以及基本的离解机理。介绍了光与物质相互作用研究中常用的实验方法,如光电离质谱、荧光光谱、光吸收谱、光电子谱、阈值光电子谱和符合技术等。最后讨论了光电离研究中常用的量化计算方法。第二章主要介绍了原子分子实验站光电离研究时使用的实验装置。首先概述了同步辐射光源的特点和应用,国家同步辐射实验室（NSRL）储存环的性能和相关参数。介绍了原子分子实验站光束线的装置和性能,光束线选用波荡器发射的同步辐射,可以提供能量范围7.5-124 eV的真空紫外光。介绍了原子分子物理实验站的仪器配备情况,讨论了分子束的形成机理、飞行时间质谱仪的设计原理及多级电离室的原理和结构。第三章介绍了实验站的滤波器系统的安装测试工作。同步辐射高次谐波降低了实验数据的可靠性,需要加以抑制。介绍了几种用于抑制高次谐波的方法及气体滤波器的优点。介绍了滤波器的装置,特别是为了克服实验站光束线有限的安装空间的困难,采用的二级差分抽气系统,和用于抑制分子束形成的导气管的特殊设计。之后,对滤波器进行了真空和滤波效果的测试,结果表明滤波器真空系统可以维持在适当的水平,并且达到了较好的滤波效果。第四章对团簇,特别是气体团簇的基本内容及研究作了介绍:1.团簇科学的发展;2.气相团簇合成的原理和主要的合成方法:3.分子间弱作用力分类;4.以质谱方法为重点,介绍了研究团簇的各类谱学方法。在第五章和第六章里,用同步辐射光电离的办法,从实验和理论角度,研究了稀有气体原子Rg（Rg=Ne,Ar,Kr）和一个双原子分子（CO或NO）组成的异类团簇系列:Rg·CO和Rg·NO系列,前者属于闭壳层团簇分子,后者属于开壳层团簇分子。第五章首先介绍了Rg·CO团簇研究现状及实验方法。然后用光电离质谱方法研究了Rg·CO团簇,由其光电离效率曲线得到Rg·CO团簇的电离能,和理论结果符合良好,结合CO的光吸收谱,对Rg·CO阈值附近的光谱结构进行指认。并用理论计算方法得到其结构、频率、电离能及离解能,加以讨论。对于Rg·CO团簇,因为Kr原子与CO分子的电离能几乎重合,Kr·CO阈值附近的光电离效率谱同时受到Kr原子与CO分子共振的影响。结合CO的光吸收谱以及Kr的光电离效率谱,对其结构进行指认。随着Rg质荷比的增大,Rg·CO+键角变大,而Rg·CO电离能的降低。第六章首先介绍了Rg·NO团簇研究现状及实验方法。然后测量了团簇Rg·NO光电离质谱和光电离效率谱,并测量了NO分子的光吸收谱,对Rg·NO和NO的电离能加以比较,发现Ar·NO团簇的电离能相比NO产生了红移。并进一步在理论上从几何构型、振动频率、电离能和离解能讨论了Rg·NO团簇及其离子性质,以及Rg和NO相互作用的情况。通过Ar·NO团簇的光电离效率谱与NO光吸收谱、Ar原子共振跃迁的比较,发现在Ar电离能以下,NO对Ar·NO团簇光电离效率谱特征起主导作用。观测到Ar·NO团簇的光电离效率谱能量12.0eV附近存在明显的共振峰,这是因为NO和Ar之间存在的能量转移,使Ar原子激发能转移到NO分子上,NO分子电离。随着稀有气体（Rg）质荷比的增加,Rg极化率增加,Rg…NO距离增长,Rg-N-O键角加大,Rg和NO相互作用增强,电离能呈下降趋势。在第七章,利用超声分子束技术、同步辐射和反射式飞行时间质谱仪得到了Kr和Kr2的光电离质谱和光电离效率谱,确定了Kr和Kr2的电离能。利用Gaussian-03程序中的MP2（Full）/6-31G*,QCISD/cc-pVTZ以及B3LYP/6-31G方法优化了Kr2的结构,计算了它们的振动频率和电离能,计算结果显示:当采用相同的理论水平和基组时,随着Kr同位素质荷比（m/z）的增大,它们结构和电离能保持不变,而振动频率逐渐变小。与此同时,用G2方法计算了Kr（84）和Kr2（168）的电离能,它们的电离能的理论值与实验结果符合得比较好。在第八章,利用真空紫外同步辐射研究了乙苯的光吸收谱、光电离效率谱和乙苯光电离解离产生主要碎片离子C7H7+的光电离效率谱,从实验上得到了乙苯电离能,碎片离子C7H7+的出现势,并且利用经验公式得到了产生C7H7+的离解能。并利用GAUSSIAN软件采用MP2方法进行了理论计算,得到了乙苯的电离能,C7H7+-CH3的离解能,以及C7H7+的出现能,它们和实验结果相近。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 气相分子的光电离及光离解的基本概念
• 1.2.1 绝热电离能、垂直电离能和出现势
• 1.2.2 光电离截面和激发态
• 1.2.3 原子分子的里德堡态
• 1.2.4 离解反应机理
• 1.3 实验研究方法
• 1.3.1 光电离质谱
• 1.3.2 荧光光谱
• 1.3.3 光吸收谱
• 1.3.4 光电子谱及阈值光电子谱
• 1.3.5 符合技术
• 1.4 理论研究方法
• 1.4.1 量子化学方法
• 1.4.2 基组的选择
• 1.4.3 结构优化和频率计算
• 1.4.4 GAUSSIAN-2.和GAUSSIAN-3方法
• 1.5 本章小结
• 参考文献
• 第二章 同步辐射光源及实验站装置
• 2.1 同步辐射光源特点及应用
• 2.1.1 同步辐射光源特点
• 2.1.2 同步辐射应用概述
• 2.2 光束线
• 2.3 实验站
• 2.3.1 实验站介绍
• 2.3.2 分子束技术
• 2.3.3 飞行时间质谱计
• 2.3.4 多极电离室
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 滤波器安装——光束线高次谐波抑制
• 3.1 引言
• 3.2 滤波器实验装置
• 3.3 滤波器调试结果
• 3.3.1 真空系统调试结果
• 3.3.2 滤波效果
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 团簇研究概述
• 4.1 团簇科学的发展及研究意义
• 4.1.1 团簇科学的发展
• 4.1.2 研究团簇的意义
• 4.2 气相团簇的合成
• 4.2.1 蒸发和热解
• 4.2.2 溅射和喷雾
• 4.2.3 离子的缔合和生长
• 4.2.4 超声分子束
• 4.3 分子间弱作用力的分类
• 4.4 团簇质谱方法的检测
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章 Rg·CO团簇系列的同步辐射光电离实验和理论研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验和理论计算过程
• 5.3 Ne·CO的同步辐射光电离的理论和实验研究
• 5.3.1 光电离质谱和光电离效率谱
• 5.3.2 几何构型和振动频率
• 5.3.3 热化学参数
• 5.3.4 结论
• 5.4 Ar·CO的同步辐射光电离的理论和实验研究
• 5.4.1 光电离质谱和光电离效率谱
• 5.4.2 几何构型和振动频率
• 5.4.3 热化学参数
• 5.4.4 结论
• 5.5 Kr·CO的同步辐射光电离的理论和实验研究
• 5.5.1 光电离质谱和光电离效率谱
• 5.5.2 几何构型和振动频率
• 5.5.3 热化学参数
• 5.5.4 结论
• 5.6 Rg·CO团簇系列分析比较
• 5.7 本章小结
• 参考文献
• 第六章 Rg·NO团簇系列的同步辐射光电离实验和理论研究
• 6.1 引言
• 6.2 实验和理论计算过程
• 6.3 Ne·NO的同步辐射光电离的理论和实验研究
• 6.3.1 光电离质谱
• 6.3.2 几何构型和振动频率
• 6.3.3 热化学参数
• 6.3.4 结论
• 6.4 Ar·NO的同步辐射光电离的理论和实验研究
• 6.4.1 光电离质谱和光电离效率谱
• 6.4.2 几何构型和振动频率
• 6.4.3 热化学参数
• 6.4.4 结论
• 6.5 Kr·NO的同步辐射光电离的理论和实验研究
• 6.5.1 光电离质谱和光电离效率谱
• 6.5.2 几何构型和振动频率
• 6.5.3 热化学参数
• 6.5.4 结论
• 6.6 Rg·NO团簇系列分析比较
• 6.7 本章小结
• 参考文献
• 第七章 Kr及其二聚体同位素系列的同步辐射光电离的理论和实验研究
• 7.1 引言
• 7.2 实验及理论计算过程
• 7.3 结果和讨论
• 7.3.1 光电离质谱
• 7.3.2 光电离效率谱
• 7.3.3 量子化学计算结果
• 7.4 结论
• 7.5 本章小结
• 参考文献
• 第八章 乙苯的同步辐射光电离的理论和实验研究
• 8.1 引言
• 8.2 实验和理论计算过程
• 8.3 实验结果讨论
• 8H₁₀的实验研究'>8.3.1 C₈H₁₀的实验研究
• 8.3.2 乙苯的理论研究
• 8.4 本章小结
• 参考文献
• 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
• 致谢